无线充电技术综述.doc

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1、无线电能传输技术综述张茂春，王进华，石亚伟摘要：叙述了无线电能传输的概念和发展历程,着重对电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式三种无线电能传输进行了详细分析；电磁感应式传输距离近、效率低口需要补偿；电磁共振式是对感应式的突破。可以在几米的范围内传输中等,其研究前景较好;电磁辐射式传输距离远，功率较人，但传输较远距离时需要高效幣流天线和高方向性天线，其研制难度较大。关键词：无线电能传输：电磁感应；磁谐振；微波所谓无线电能传输(WirelssPowerTransmissionwPT)就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。无线输电分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电

2、磁感应对用于低功率、近距离传输；电磁共振适于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。近年來，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样即造成了浪费，也形成了对■环境的污染°而在特殊场合下，譬如矿井和石油开采中，传统输电方式在安全上存在隐患。孤立的岛屿、工作于山头的基站，很困难采用架设电线的传统配电方式。在上述情形下，无线输电便愈发显得重要和迫切，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未來十大科研方向之一。在无线输电方面，我国的研究才刚刚起步，较

3、欧美落后。在此旨在阐述当前的技术进展，分析无线输电原理，为我国在无线输电方面的深入研究提供参考。1无线电能传输技术的发展历程最早产生无线输能设想的是尼古拉•特斯拉(NikolaTesla)，因而有人称Z为无线电能传输Z父。W90年，特斯拉就做了无线电能传输试验。特斯拉构想的无线电能传输方法是把地球作为内导休，把地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，利用环绕地球的农面电磁波来传输能量。瑕终因财力不足，特斯拉的大胆构想没能实现・2Jo其后，古博(Goubau)、施瓦固(Sohweing)等人从理论上推算了自山空间波

4、束导波可达到近100%的传输效率，并随后在反射波束导波系统上得到了验证。20世纪20年代中期,日本的H.Yagi和S・Uda发明了可用于无线电能传输的定向天线，又称为八木-宇口天线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的彳

5、j朗(w・C.Brown)做了大量的无线电能传输研究工作，从而奠定了无线电能传输的实验基础，使这一概念变成了现实Jo在实验中设计了一•种效率高、结构简唯的半波电偶极子半导体二极管•整流天线，将频率2.45GHz的微波能量转换为了直流电。1977年在实验中使用GaAs—Pt肖特基势垒二极管，用铝条构造半波电偶极子和传输线，输入微波的功率为8W,获

6、得T90.6%的微波——直流电整流效率。后來改用印刷薄膜，在频率2.45GHz时效率达到了笳％。0/ABrown实验获得成功以后，人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。1975年，在美国宇航局的支持下,开始了无线电能传输地面实验的3a计划］。喷气发动机实验室和Lewis科研屮心曾将30kW的微波无线输送1.6km,微波——直流的转换效率达83%O1991年，华盛顿ARCO电力技术公司使用频率35GHz的滬米波，整流天线的转换效率为72%。1998年，5.8GHz印刷电偶极了整流天线阵转换效率为82%。前苏联在无线电能传输方面也进行了大量的研究。莫斯科人学与微波公司合作,研制出

7、了一系列无线电能传输器件，英屮包括无线电能传输的关键器件——快冋旋电子束波微波整流器o近几年,无线电能传输发展更是迅速oWildcharge^Powercast、SplashPower、东京人学，相继开发出非接触式充电器0MIT在2007年6月宣布，利用电磁共振成功地点亮了一个离电源约2m远的60w电灯泡，这项技术被称为WiTricity0该研究小组在实验中使用了两个直径为50cm的铜线圈，通过调整发射频率使两个线圈在10MHz产生共扼，从血成功点亮了距离电力发射端2rn以外的一盏60w灯泡。2无线电能传输的原理2.1基于变床器的疏松耦合非接触式的无线电力传输非接触电能传输系

8、统利用疏松感应耦合系统和电力电子技术相结合的方法，实现了电能的无物理连接传输。它将系统的变床器紧密型耦合磁路分开，初、次级绕组分别绕在具有不同磁性的结构上，实现在电源和负载单元之间进行能量传递而不需物理连接6JL•其一次侧、二次侧之间通过电磁感应实现电能传输，因气隙导致的耦合系数的降低由提高一次侧输入电源的频率加以补偿。理论和经验都表明：当原边电流频率、幅值越高，原、副边距离越小，与空气相比，磁心周I制介质的相对磁导率越人时，可分离式变爪器的传输效率越高。但实际应用当屮原副边距离不可能尢限小，必须对原副